Calcium

Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.

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Calcium - Élément chimique - Métal alcalino-terreux - Minéral alimentaire

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Définitions :

Médecine biologique - N. m. * calcium : du latin calx, calcis [calc (o) -], relatif au calcium ainsi qu'à la chaux. Métal de symbole chimique Ca.... (source : georges.dolisi.free)

Calcium

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Informations générales

Nom, Symbole, Numéro

Calcium, Ca, 20

Série chimique

Métal alcalino-terreux

Groupe, Période, Bloc

2 (IIA), 4, s

1550 kg/m³

Argenté métallique

Propriétés atomiques

40, 078 u

Rayon atomique (calc)

180 (194) pm

Rayon de covalence

174 pm

Rayon de van der Waals

197, 3 pm

Configuration électronique

[Ar] 4s²

Électrons par niveau d'énergie

2, 8, 8, 2

État (s) d'oxydation

Oxyde

base

Structure cristalline

Cubique faces centrées

Propriétés physiques

État ordinaire

Solide (paramagnétique)

Température de fusion

841, 9 °C ; 1 115 K

Température d'ébullition

1 483, 9 °C ; 1 757 K

Énergie de fusion

8, 54 kJ/mol

Énergie de vaporisation

153, 6 kJ/mol

Volume molaire

26, 20×10^-6 m³/mol

Pression de vapeur

254 Pa à 838, 9 °C

Vitesse du son

3810 m/s à 20 °C

Divers

Électronégativité (Pauling)

1, 00

Chaleur massique

632 J/ (kg·K)

Conductivité électrique

29, 8×10⁶ S/m

Conductivité thermique

201 W/ (m·K)

1^e Énergie d'ionisation

589, 8 kJ/mol

2^e Énergie d'ionisation

1145, 4 kJ/mol

3^e Énergie d'ionisation

4912, 4 kJ/mol

4^e Énergie d'ionisation

{{{potentiel_ionisation4}}} kJ/mol

5^e Énergie d'ionisation

{{{potentiel_ionisation5}}} kJ/mol

6^e Énergie d'ionisation

{{{potentiel_ionisation6}}} kJ/mol

7^e Énergie d'ionisation

{{{potentiel_ionisation7}}} kJ/mol

8^e Énergie d'ionisation

{{{potentiel_ionisation8}}} kJ/mol

9^e Énergie d'ionisation

{{{potentiel_ionisation9}}} kJ/mol

10^e Énergie d'ionisation

{{{potentiel_ionisation10}}} kJ/mol

Isotopes les plus stables

iso	AN	Période	MD	Ed	PD
iso	AN	Période	MD	MeV	PD
⁴⁰Ca	96, 941 %	stable avec 20 neutrons
⁴¹Ca	{syn. }	103 000 ans	ε	0, 421	⁴¹K
⁴²Ca	0, 647 %	stable avec 22 neutrons
⁴³Ca	0, 135 %	stable avec 23 neutrons
⁴⁴Ca	2, 086 %	stable avec 24 neutrons
⁴⁶Ca	0, 004 %	stable avec 26 neutrons
⁴⁸Ca	0, 187 %	> 6×10¹⁸ ans	β^-	4, 272	⁴⁸Ti

Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Calcium protégé sous atmosphère d'argon.

Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.

Le calcium est un métal alcalino-terreux gris et mou. Il est employé comme agent réducteur dans l'extraction du thorium, du zirconium et de l'uranium. Cet élément qu'on ne trouve jamais à l'état de corps pur dans la nature est le cinquième élément le plus abondant de la croûte terrestre et est essentiel pour la matière organique.

Caractéristiques notables

Le calcium peut être produit par électrolyse du fluorure de calcium mais plus fréquemment par réduction sous vide de la Chaux (CaO) par de la poudre d'aluminium.

Il brûle avec une flamme jaune-rouge ; exposé à l'air sec il forme une couche protectrice blanche d'oxyde et de nitrure. Il réagit violemment avec l'eau dont il déplace l'hydrogène et forme alors de l'hydroxyde de calcium Ca (OH) ₂.

Applications physiques du calcium métal

Agent réducteur dans l'extraction d'autres métaux tels que l'uranium, le zirconium, et le thorium ;
Désoxydant, désulfurant ou décarburant pour différents alliages ferreux et non-ferreux ;
Utilisé, quelquefois en association avec le magnésium, pour éliminer le bismuth du plomb (débismuthage) ;
Agent d'alliage utilisé dans la production d'alliages de l'aluminium, du béryllium, du cuivre, du plomb et du magnésium.

Composés

Carbonate de calcium CaCO₃, particulièrement répandu dans la nature, car c'est le composant de base des roches calcaires ; c'est par calcination du calcaire qu'on obtient la chaux vive ; voir aussi : calcite, aragonite
Oxyde de calcium CaO (chaux vive) et hydroxyde de calcium Ca (OH) ₂ (chaux éteinte)
Aluminate de calcium (Al₂O₃, 3CaO) : un des composants du clinker, et utilisé pour la confection de mortiers réfractaires
Carbure de calcium CaC₂ (couramment nommé carbure; son hydrolyse produit de l'acétylène)
Halogénures de calcium :
- Chlorure de calcium CaCl₂ quelquefois utilisé comme sel de déneigement à la place du chlorure de sodium
- Fluorure de calcium CaF₂ (fluorine)
- Iodure de calcium CaI₂
- Bromure de calcium CaBr₂
Nitrure de calcium Ca₃N₂
Peroxyde de calcium CaO₂
Phosphure de calcium Ca₃P₂ (son hydrolyse génère de la phosphine PH₃)
Sulfure de calcium CaS
Phosphate de calcium Ca₃ (PO₄) ₂
Silico-Calcium (alliage calcium-silicium) utilisé en sidérurgie
Hypochlorite de calcium Ca (ClO) ₂
Alun sulfate double d'aluminium et de potassium, hydraté ; il est utilisé en teinture (pour fixer les colorants), pour la conservation des peaux, le collage de la pâte à papier, le durcissement du plâtre

Dans l'alimentation

Le calcium est de loin le minéral le plus abondant dans le corps. Il est surtout entreposé dans les os, dont il fait partie intégrante. Il contribue à la formation de ces derniers, ainsi qu'à celle des dents, et au maintien de leur santé. Le calcium joue aussi un rôle essentiel dans la coagulation du sang, le maintien de la pression sanguine et la contraction des muscles, dont le cœur.

Importance physiologique

Le calcium est un composant important d'un régime sain. Au contraire de ce qu'on croit, ce ne sont pas les produits laitiers qui représentent la meilleure source de calcium, car la proportion calcium/phosphore n'y est pas bonne. Le lait contient en effet trop de phosphore, ce qui peut entraîner une calcification insuffisante. Le corps a besoin de magnésium, de silicium, de vitamines A, C et D, de protéines et de phosphore pour bien l'assimiler.

Le calcium intervient dans la formation des os et des dents ; son déficit va par conséquent les affecter (ostéoporose, problèmes de croissance). Son excès provoque la naissance de calculs rénaux. Qui plus est , il intervient dans les échanges cellulaires et est , par conséquent, vital. Son taux sanguin (calcémie) est extrêmement régulé, pour éviter des variations fatales à l'organisme. Les hormones impliquées dans cette régulation sont la parathormone et la calcitonine, quoique le rôle «hormonal» de la calcitonine soit discuté dans la mesure où son augmentation n'entraîne pas de modification sur le métabolisme phospho calcique. Il serait plus juste de considérer la parathormone et le calcitriol (dérivé de la vitamine D) comme les deux principales hormones du métabolisme phospho calcique. Voir aussi métabolisme du calcium. Le calcium sert aussi à réguler le pH corporel, il est relargué des os quand il y a une acidification du milieu interne génèrée par une consommation de produit acidifiant (Protéines, Laits... ) et une faible consommation de végétaux qui ont un effet alkanisant.

Le risque de cancer du côlon semble diminué par un régime riche en calcium. La majorité des études épidémiologiques indiquent que les gens dont l'alimentation contient le plus de calcium ont moins souvent un cancer colorectal. Plus de 25 publications scientifiques montrent que le calcium diminue la cancérogenèse colique chez les rongeurs^[1]. Enfin, trois essais cliniques contrôlés montrent que la prise d'un supplément de carbonate de calcium (1-2 g/j) diminue la récurrence des polypes de 15 à 30 % chez des volontaires^[1] : Il semble par conséquent que le calcium prévienne le cancer colorectal.

Présence dans les aliments

Article détaillé : Teneur en calcium des aliments.

Le calcium est présent dans plusieurs aliments de consommation courante.

Les produits laitiers forment la principale source de calcium alimentaire (plus des deux tiers). Le calcium y est présent sous une forme donnant la possibilité une bonne absorption intestinale (de l'ordre de 30%) et n'augmentant pas l'excrétion urinaire, permettant au final une bonne biodisponibilité.

D'autres aliments contiennent du calcium : eau du robinet, amandes, persil, figues, cresson, cacao, pissenlit, jaune d'œuf, graines de sésame, épinard, certains poissons, ... (voir article détaillé). Le calcium d'origine végétale est cependant le plus fréquemment moins absorbable car il est en grande partie insolubilisé de façon irréversible sous forme de phytates (soja) ou d'oxalates (épinard, cacao). Ainsi l'absorbabilité du calcium de l'épinard ne dépasserait pas 5 %.

Pour l'évaluation de la biodisponibilité réelle, il faut aussi tenir compte des facteurs alimentaires qui influencent la perte urinaire du calcium absorbé. Ainsi, l'absorption simultanée de phosphore diminue l'excrétion urinaire de calcium. À l'opposé, les composants «acidogènes» du régime, comme les sulfates (en particulier dans les eaux minérales sulfatées calciques), augmentent la calciurie.

Enfin, la fixation du calcium absorbé dans le tissu osseux (prévenant l'ostéoporose) dépend de nombreux autres facteurs, surtout hormonaux (voir ci-dessus).

Les apports journaliers recommandés sont de 700 mg par jour chez l'adulte^[2].

Comme médicament

L'absorption de calcium sous forme de comprimés permet d'augmenter son apport journalier si ce dernier n'est pas optimal. Il est quelquefois associé à la prise de vitamine D. Il semble être efficace dans le traitement préventif de l'ostéoporose de la personne âgée, en diminuant le taux de fractures mais aussi les indices de déminéralisation osseuse^[3]. L'effet secondaire le plus noté reste une constipation^[4]. Cependant cette supplémentation pourrait être associée avec un risque majoré de maladies cardio-vasculaires^[5], même si cette donnée reste discutée^[6].

Histoire

La chaux était déjà préparée par les Romains dès le premier siècle, mais ce n'est qu'en 1808 que le calcium fut découvert. En apprenant que Jöns Jacob Berzelius et Magnus Martin Pontin avaient préparé un amalgame de calcium par électrolyse de la chaux dans du mercure, Sir Humphry Davy fut capable d'isoler le métal impur.

Occurrence

Le calcium est le cinquième élément le plus abondant dans la croûte terrestre (il en forme plus de 3%) et un élément essentiel pour la formation des os, des dents et des coquilles. Le calcium joue aussi un rôle particulièrement important en physiologie cellulaire.

Production industrielle

Le calcium est produit par aluminothermie de la chaux, c'est-à-dire une réaction d'oxydo-réduction où la chaux − l'oxyde de calcium CaO − est réduite par l'aluminium dans des fours où on établit le vide.

De façon simplifiée :

$\begin{matrix} & \\ 2Al + 3CaO & \overrightarrow{\qquad} & Al_2O_3 + 3Ca \\\end{matrix}$

On introduit dans le four des pastilles constituées à partir d'un mélange de chaux et de poudre d'aluminium. Le four est chauffé électriquement ou avec un combustible fossile. Le calcium constitué au cours de la réaction se dégage sous forme de vapeur, et on dispose (dans le circuit d'aspiration établissant le vide dans le four) un condenseur où il vient se déposer. Le résidu de la réaction est de l'aluminate de calcium (combinaison d'alumine et de chaux).

Notes et références

↑ ^a ^b Chimioprévention
↑ [pdf] (fr) Ostéoporose : stratégies de prévention et de traitement
↑ Tang BMP, Eslick GD, Nowson C, Smith C, Bensoussan A, Use of calcium or calcium in combination with vitamin D supplementation to prevent fractures and bone loss in people aged 50 years and older : a meta-analysis, Lancet 2007; 370 :657-666
↑ Reid IR, Mason B, Horne A et als. Randomized controlled trial of calcium in healthy older women, Am J Med, 2006;119 :777-85
↑ Bolland MJ, Barber PA, Doughty RN et Als. Vascular events in healthy older women receiving calcium supplementation : randomised controlled trial, BMJ, 2008;336 :262-266
↑ Hsia J, Heiss G, Ren H et als. Calcium/vitamin D supplementation and cardiovascular events, Circulation, 2007;115 :846-54

Lien externe

(fr) Toute la vérité sur le calcium

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